Bạn có biết máy công cụ năm trục có nhiều loại không?

Gia công năm trục, như tên cho thấy, là một chế độ gia công CNC. Máy công cụ được sử dụng để gia công năm trục, sử dụng chuyển động nội suy tuyến tính theo năm tọa độ X, Y, Z, A, B và C bất kỳ, thường được gọi là máy công cụ năm trục hoặc trung tâm gia công năm trục. Nhưng bạn có thực sự hiểu gia công năm trục không?
Sự phát triển của công nghệ năm trục
Trong nhiều thập kỷ, người ta tin rằng công nghệ gia công CNC năm trục là phương tiện duy nhất để gia công các bề mặt liên tục, mịn và phức tạp. Một khi con người gặp phải những vấn đề nan giải trong việc thiết kế và chế tạo các bề mặt phức tạp, họ sẽ chuyển sang công nghệ gia công năm trục. Nhưng... CNC liên kết năm trục là công nghệ khó nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ CNC. Nó tích hợp điều khiển máy tính, truyền động servo hiệu suất cao và công nghệ gia công chính xác, đồng thời được áp dụng để gia công hiệu quả, chính xác và tự động các bề mặt phức tạp. Trên bình diện quốc tế, công nghệ CNC liên kết năm trục được coi là biểu tượng cho trình độ công nghệ tự động hóa thiết bị sản xuất của một quốc gia. Do vị thế đặc biệt, đặc biệt là tác động đáng kể của nó đối với các ngành hàng không, vũ trụ và quân sự, cũng như sự phức tạp về công nghệ, các nước công nghiệp phương Tây phát triển luôn triển khai hệ thống cấp phép xuất khẩu cho hệ thống CNC năm trục làm vật liệu chiến lược. So với gia công CNC liên kết ba trục, từ góc độ công nghệ và lập trình, sử dụng gia công CNC năm trục cho các bề mặt phức tạp có những ưu điểm sau: 1) nâng cao chất lượng và hiệu quả gia công 2) mở rộng phạm vi quy trình 3) đáp ứng hướng đi mới của phát triển tổng hợp

Gia công CNC năm trục phức tạp hơn nhiều về mặt lập trình CNC, hệ thống CNC và cấu trúc máy so với máy công cụ ba trục do sự can thiệp và điều khiển vị trí dao trong không gian gia công. Vì vậy, năm trục nói thì dễ nhưng thực sự rất khó để thực hiện chúng! Hơn nữa, việc vận hành và áp dụng hiệu quả lại càng khó khăn hơn!

Nói đến Ngũ Trục, phải nói là đúng hay sai? Sự khác biệt chính giữa trục 5-đúng và sai là liệu nó có chức năng RTCP hay không. Vì vậy, biên tập viên đã đặc biệt tìm kiếm từ này! RTCP, vui lòng giải thích rằng RTCP của Fidia là viết tắt của "Điểm trung tâm công cụ xoay", nghĩa đen là "trung tâm công cụ xoay". Trong ngành, nó thường được dịch một chút là "xoay quanh trung tâm công cụ", và một số người dịch trực tiếp là "lập trình xung quanh trung tâm công cụ". Thực chất đây chỉ là kết quả của RTCP. RTCP của PA là tên viết tắt của một vài từ đầu tiên của "Xoay điểm trung tâm công cụ thời gian thực". Heidelberg đề cập đến một công nghệ nâng cấp tương tự như TCPM, viết tắt của Tool Center Point Management. Một số nhà sản xuất đề cập đến các công nghệ tương tự như TCPC, viết tắt của "Điều khiển điểm trung tâm công cụ" hoặc điều khiển điểm trung tâm công cụ. Theo nghĩa đen của RTCP của Fidia, giả sử rằng chức năng RTCP được thực hiện thủ công tại một điểm cố định, điểm tâm dao và điểm tiếp xúc thực tế giữa dao và bề mặt phôi sẽ không thay đổi. Tại thời điểm này, điểm tâm dao nằm trên pháp tuyến tại điểm tiếp xúc thực tế giữa dao và bề mặt phôi, và bộ phận giữ dao sẽ xoay quanh điểm tâm dao. Đối với dao cắt đầu bi, điểm tâm dao là điểm quỹ đạo mục tiêu của mã CNC. Để đạt được mục tiêu chỉ đơn giản là xoay đầu cặp dao xung quanh điểm quỹ đạo mục tiêu (tức là điểm tâm dao) trong chức năng RTCP, cần phải bù theo thời gian thực cho độ lệch tọa độ của điểm tâm dao do chuyển động quay gây ra của người giữ dụng cụ. Chỉ khi đó góc giữa giá đỡ dụng cụ và pháp tuyến tại điểm tiếp xúc thực tế giữa dụng cụ và bề mặt phôi mới có thể thay đổi trong khi vẫn giữ nguyên điểm tâm dao và điểm tiếp xúc thực tế giữa dụng cụ và bề mặt phôi, Để tối đa hóa hiệu quả cắt của máy cắt bóng cuối và tránh nhiễu hiệu quả. Do đó, RTCP dường như tập trung nhiều hơn vào việc đứng ở điểm trung tâm của dao (tức là điểm quỹ đạo mục tiêu của mã CNC), xử lý các thay đổi trong tọa độ quay. Máy công cụ năm trục và hệ thống CNC không có RTCP phải dựa vào lập trình CAM và xử lý hậu kỳ, lập kế hoạch trước cho đường chạy dao. Tương tự, nếu máy công cụ hoặc công cụ bị thay đổi thì phải thực hiện lại việc lập trình và xử lý hậu kỳ CAM nên chỉ có thể gọi là năm trục giả. Nhiều hệ thống và máy công cụ CNC năm trục trong nước thuộc loại năm trục giả này. Tất nhiên, việc người khác khăng khăng gọi mình là liên kết năm trục là điều dễ hiểu, nhưng năm trục (giả) này không phải là năm trục (thật) đó!

Vì vậy, người biên tập cũng đã tham khảo ý kiến ​​của các chuyên gia trong ngành. Nói tóm lại, năm trục thật đề cập đến liên kết năm trục năm, trong khi năm trục sai có thể là liên kết năm trục ba, và hai trục còn lại chỉ phục vụ chức năng định vị! Đây là một câu nói phổ biến, không phải là một câu nói chuẩn mực. Nói chung, có hai loại máy công cụ năm trục: một là liên kết năm trục, có nghĩa là tất cả năm trục có thể được liên kết cùng một lúc, và loại còn lại là gia công định vị năm trục. Trên thực tế, đó là liên kết năm trục ba, nghĩa là hai trục quay có thể quay và định vị, đồng thời chỉ có thể liên kết ba trục. Loại máy công cụ năm trục này, thường được gọi là chế độ 3+2, cũng có thể được hiểu là năm trục sai.
Hình thức máy công cụ CNC 5 trục hiện nay
Trong thiết kế cơ khí của 5-trung tâm gia công trục, các nhà sản xuất máy công cụ luôn cam kết phát triển các chế độ chuyển động mới để đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau. Xét về các loại máy công cụ 5 trục hiện có trên thị trường, tuy kết cấu cơ khí của chúng rất đa dạng nhưng chủ yếu có các dạng sau:

Hai tọa độ quay điều khiển trực tiếp hướng của trục dao (dạng con lắc đôi)

Hai trục tọa độ nằm ở phía trên dụng cụ nhưng trục quay không vuông góc với trục thẳng (loại con lắc đứng)

Hai tọa độ quay trực tiếp điều khiển chuyển động quay của không gian (dưới dạng bàn xoay đôi)

Hai trục tọa độ trên bàn làm việc nhưng trục quay không vuông góc với trục thẳng (bàn làm việc thẳng đứng)

Hai tọa độ quay, một tọa độ tác dụng lên dao và một tọa độ tác động lên phôi (ở dạng một xoay và một xoay), đã được thấy trong các cấu trúc máy công cụ năm trục. Chúng tôi tin rằng chúng ta nên hiểu máy công cụ năm trục đang chuyển động như thế nào và nó chuyển động như thế nào.
Những khó khăn, trở ngại trong việc phát triển công nghệ CNC 5 trục
Mọi người từ lâu đã nhận ra tính ưu việt và tầm quan trọng của công nghệ CNC năm trục. Nhưng cho đến nay, việc ứng dụng công nghệ CNC 5 trục vẫn còn hạn chế ở một số bộ phận có tiềm lực tài chính và vẫn còn tồn tại những vấn đề chưa giải quyết được.
Dưới đây, biên tập viên đã tổng hợp một số khó khăn, trở ngại để xem có phù hợp với hoàn cảnh của bạn không?
Hoạt động trừu tượng và khó khăn của lập trình CNC năm trục là vấn đề đau đầu của mọi lập trình viên CNC truyền thống. Máy công cụ ba trục chỉ có trục tọa độ tuyến tính, trong khi máy công cụ CNC năm trục có nhiều dạng cấu trúc khác nhau; Cùng một mã NC có thể đạt được hiệu quả gia công giống nhau trên các máy công cụ CNC ba trục khác nhau, nhưng mã NC của một loại máy công cụ năm trục nhất định không thể áp dụng cho tất cả các loại máy công cụ năm trục. Ngoài chuyển động tuyến tính, lập trình CNC còn cần phối hợp các tính toán liên quan của chuyển động quay, chẳng hạn như kiểm tra hành trình góc quay, xác minh lỗi phi tuyến, tính toán chuyển động quay của dụng cụ, v.v. Lượng thông tin được xử lý lớn và lập trình CNC cực kỳ phức tạp. trừu tượng. Kỹ năng vận hành và lập trình của gia công CNC năm trục có liên quan chặt chẽ với nhau. Nếu người dùng thêm các chức năng đặc biệt vào máy công cụ thì việc lập trình và vận hành sẽ phức tạp hơn. Chỉ thông qua thực hành lặp đi lặp lại, việc lập trình và vận hành mới có thể nắm vững được kiến ​​thức và kỹ năng cần thiết. Việc thiếu các lập trình viên và người vận hành có kinh nghiệm là trở ngại lớn cho việc phổ biến công nghệ CNC năm trục. Nhiều nhà sản xuất trong nước đã mua máy công cụ CNC 5 trục từ nước ngoài. Do đào tạo và dịch vụ kỹ thuật không đầy đủ nên khó đạt được các chức năng vốn có của máy công cụ CNC 5 trục và tỷ lệ sử dụng máy công cụ rất thấp. Trong nhiều trường hợp, tốt hơn nên sử dụng máy công cụ ba trục. Yêu cầu đối với bộ điều khiển nội suy NC và hệ thống truyền động servo rất nghiêm ngặt. Chuyển động của máy công cụ năm trục là sự kết hợp của năm chuyển động trục tọa độ. Việc bổ sung tọa độ quay không chỉ làm tăng gánh nặng của các thao tác nội suy mà còn làm giảm đáng kể độ chính xác gia công do các lỗi nhỏ trong tọa độ quay. Vì vậy đòi hỏi bộ điều khiển phải có độ chính xác vận hành cao hơn. Đặc tính chuyển động của máy công cụ năm trục yêu cầu hệ thống truyền động servo phải có đặc tính động tốt và dải tốc độ lớn.
Việc xác minh chương trình NC của máy CNC năm trục là đặc biệt quan trọng
Để nâng cao hiệu quả xử lý cơ học, điều cấp thiết là phải loại bỏ phương pháp xác minh "phương pháp cắt thử" truyền thống. Trong gia công CNC năm trục, việc xác minh chương trình NC cũng trở nên rất quan trọng, bởi vì phôi thường được xử lý bằng máy công cụ CNC năm trục rất tốn kém và va chạm là một vấn đề thường gặp trong gia công CNC năm trục: dao cắt vào phôi; Dụng cụ va chạm với phôi ở tốc độ rất cao; Va chạm giữa dụng cụ cắt, máy công cụ, đồ đạc và các thiết bị khác trong phạm vi xử lý; Va chạm giữa các bộ phận chuyển động và các bộ phận cố định hoặc phôi trên máy công cụ. Trong CNC năm trục, việc dự đoán va chạm là rất khó và chương trình xác minh phải phân tích toàn diện hệ thống động học và điều khiển của máy công cụ. Nếu hệ thống CAM phát hiện lỗi, nó có thể xử lý ngay đường chạy dao; Nhưng nếu tìm thấy lỗi chương trình NC trong quá trình gia công, đường chạy dao không thể được sửa đổi trực tiếp như trong CNC ba trục. Trên máy công cụ ba trục, người vận hành có thể sửa đổi trực tiếp các tham số như bán kính dao. Trong gia công năm trục, tình huống không đơn giản như vậy vì những thay đổi về kích thước và vị trí dao có tác động trực tiếp đến quỹ đạo chuyển động quay tiếp theo.
Bù bán kính công cụ
Trong chương trình NC liên kết năm trục, chức năng bù chiều dài dao vẫn hiệu quả, nhưng bù bán kính dao không hiệu quả. Khi sử dụng dao phay hình trụ để phay tạo hình tiếp xúc, cần phát triển các chương trình khác nhau cho các dụng cụ có đường kính khác nhau. Các hệ thống CNC phổ biến hiện nay không thể hoàn thành việc bù bán kính dao vì tệp ISO không cung cấp đủ dữ liệu để tính toán lại vị trí dao. Người dùng cần thường xuyên thay đổi dao hoặc điều chỉnh kích thước chính xác của dao trong quá trình gia công CNC. Theo quy trình xử lý thông thường, quỹ đạo dao phải được gửi trở lại hệ thống CAM để tính toán lại. Kết quả là hiệu quả của toàn bộ quá trình xử lý là rất thấp. Các nhà nghiên cứu Na Uy đang phát triển một giải pháp tạm thời cho vấn đề này được gọi là LCOPS (Chiến lược sản xuất tối ưu hóa chi phí thấp). Dữ liệu cần thiết để hiệu chỉnh quỹ đạo dao được truyền từ ứng dụng CNC đến hệ thống CAM và quỹ đạo dao được tính toán sẽ được gửi trực tiếp đến bộ điều khiển. LCOPS yêu cầu phần mềm CAM của bên thứ ba có thể kết nối trực tiếp với máy công cụ CNC, truyền các tệp hệ thống CAM thay vì mã ISO. Giải pháp cuối cùng cho vấn đề này phụ thuộc vào việc giới thiệu hệ thống điều khiển CNC thế hệ mới, có thể nhận dạng các tệp mô hình phôi ở các định dạng phổ biến (chẳng hạn như STEP) hoặc các tệp hệ thống CAD.
Bộ xử lý bài
Sự khác biệt giữa máy công cụ năm trục và máy công cụ ba trục là nó cũng có hai tọa độ quay. Vị trí dao được chuyển đổi từ hệ tọa độ phôi sang hệ tọa độ máy và cần có một số phép biến đổi tọa độ ở giữa. Bằng cách sử dụng bộ tạo bộ xử lý sau phổ biến trên thị trường, có thể tạo bộ xử lý sau cho máy công cụ CNC ba trục bằng cách chỉ cần nhập các thông số cơ bản của máy công cụ. Đối với máy công cụ CNC năm trục, hiện chỉ có một số bộ xử lý sau được cải tiến. Bộ xử lý sau của máy công cụ CNC năm trục vẫn cần được phát triển hơn nữa.

Khi sử dụng liên kết ba trục, không cần phải xem xét vị trí gốc phôi trên bàn làm việc của máy công cụ trong quỹ đạo dao. Bộ xử lý sau có thể tự động xử lý mối quan hệ giữa hệ tọa độ phôi và hệ tọa độ máy công cụ. Đối với liên kết năm trục, chẳng hạn như gia công trên máy phay ngang với liên kết năm trục X, Y, Z, B và C, kích thước vị trí của phôi trên bàn xoay C và kích thước vị trí giữa bàn xoay B và C phải là được xem xét khi tạo đường chạy dao. Công nhân thường dành nhiều thời gian để xử lý các mối quan hệ vị trí này khi kẹp phôi. Nếu bộ xử lý sau có thể xử lý dữ liệu này, việc lắp đặt phôi và xử lý quỹ đạo dao sẽ được đơn giản hóa rất nhiều; Chỉ cần kẹp phôi vào bàn làm việc, đo vị trí và hướng của hệ tọa độ phôi, nhập dữ liệu này vào bộ xử lý sau và thực hiện xử lý sau trên đường chạy dao để có được chương trình NC thích hợp.
Lỗi phi tuyến và các vấn đề kỳ dị
Do sự ra đời của tọa độ quay, động học của máy công cụ CNC năm trục phức tạp hơn nhiều so với động học của máy công cụ ba trục. Vấn đề đầu tiên liên quan đến phép quay là lỗi phi tuyến tính. Các lỗi phi tuyến có thể được quy cho lỗi lập trình và có thể được kiểm soát bằng cách giảm khoảng cách bước. Trong giai đoạn tính toán trước, người lập trình không thể xác định được độ lớn của sai số phi tuyến. Chỉ sau khi tạo chương trình máy thông qua bộ xử lý sau, các lỗi phi tuyến mới có thể được tính toán. Tuyến tính hóa quỹ đạo dao có thể giải quyết vấn đề này. Một số hệ thống điều khiển có thể tuyến tính hóa đường chạy dao trong khi gia công, nhưng nó thường được thực hiện trong bộ xử lý sau. Một vấn đề khác do trục quay gây ra là điểm kỳ dị. Nếu điểm kỳ dị nằm ở vị trí giới hạn của trục quay thì bất kỳ dao động nhỏ nào gần điểm kỳ dị đều có thể khiến trục quay bị lật 180 độ, điều này khá nguy hiểm.
Yêu cầu đối với hệ thống CAD/CAM
Để vận hành gia công năm mặt, người dùng phải dựa vào hệ thống CAD/CAM hoàn thiện và có các lập trình viên có kinh nghiệm để vận hành hệ thống CAD/CAM.